實驗名稱：功率放大器基(ji)于(yu)聲光偏轉效(xiao)應的(de)聲場重建實驗(yan)研(yan)究

　　實驗內容：水(shui)下聲(sheng)信號(hao)在傳(chuan)播(bo)過(guo)程中會引起(qi)介質(zhi)(zhi)(zhi)折射(she)率的(de)(de)變化(hua)，當激光(guang)穿過(guo)聲(sheng)擾動介質(zhi)(zhi)(zhi)時(shi)(shi)，介質(zhi)(zhi)(zhi)折射(she)率的(de)(de)空間(jian)變化(hua)引起(qi)激光(guang)束的(de)(de)偏轉，利用位(wei)置敏感探測器（PSD）感應(ying)激光(guang)的(de)(de)偏轉信息，可以(yi)反演出(chu)聲(sheng)場(chang)的(de)(de)相關參數信息。激光(guang)束的(de)(de)偏轉可以(yi)被分(fen)解為平面(mian)內和沿平面(mian)法向方(fang)向兩部分(fen)，利用這兩個(ge)部分(fen)可以(yi)分(fen)別計(ji)算得到(dao)聲(sheng)壓和聲(sheng)壓梯度(du)值。同時(shi)(shi)利用邊界延拓方(fang)法可以(yi)顯著提高基(ji)爾霍(huo)夫積分(fen)定理聲(sheng)全息方(fang)法的(de)(de)重(zhong)建(jian)性(xing)能(neng)。

　　研究方向：聲(sheng)光傳感、聲(sheng)場重(zhong)建

　　測試設備：ATA-1204A寬帶放大器

　　實驗過程：實驗過程主要由水聲換能器激勵源、激光光源（Thorlabs，He-NeHRS015B）、水聲換能器夾持裝置（實驗室自制）和光信號采集四部分組成。換能器激勵包括高壓放大器（AigtekATA1204A）、信(xin)號(hao)發(fa)生器(qi)(Tektronix，AFG3022C)組(zu)成。信(xin)號(hao)發(fa)生器(qi)生成正弦信(xin)號(hao)，通過(guo)功率放(fang)(fang)大器(qi)放(fang)(fang)大信(xin)號(hao)電(dian)壓，激勵換(huan)能器(qi)發(fa)射(she)超聲(sheng)。通過(guo)功率放(fang)(fang)大器(qi)放(fang)(fang)大信(xin)號(hao)電(dian)壓，激勵換(huan)能器(qi)發(fa)射(she)超聲(sheng)。信(xin)號(hao)發(fa)生器(qi)同時為數據采集系統提供觸發(fa)信(xin)號(hao)，以便重建瞬時聲(sheng)場。測量平面位于換(huan)能器(qi)下方5-10cm處。

　　激(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)發射(she)激(ji)光(guang)(guang)，垂直射(she)入(ru)水缸穿過聲場，使用(yong)四象限(xian)位(wei)置探(tan)(tan)測器(qi)(qi)(qi)(qi)（Thorlabs,PDQ80A）接(jie)收(shou)激(ji)光(guang)(guang)，探(tan)(tan)測器(qi)(qi)(qi)(qi)控制箱（Thorlabs，KPA101）與(yu)示波器(qi)(qi)(qi)(qi)(Tektronix,MDO3104)相連。在激(ji)發聲場前，需調(diao)整四象限(xian)探(tan)(tan)測器(qi)(qi)(qi)(qi)位(wei)置，將激(ji)光(guang)(guang)指向(xiang)探(tan)(tan)測器(qi)(qi)(qi)(qi)中心位(wei)置，使激(ji)光(guang)(guang)處于(yu)PSD的線性探(tan)(tan)測區間(jian)內。由(you)于(yu)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)本身固(gu)定于(yu)光(guang)(guang)學平臺(tai)上(shang)，所以實(shi)驗中所有測量(liang)都是使用(yong)四自由(you)度(du)位(wei)移(yi)(yi)臺(tai)移(yi)(yi)動(dong)和旋轉換(huan)(huan)能(neng)器(qi)(qi)(qi)(qi)來實(shi)現(xian)的。當超(chao)(chao)聲換(huan)(huan)能(neng)器(qi)(qi)(qi)(qi)與(yu)激(ji)光(guang)(guang)束水平情況下(xia)，移(yi)(yi)動(dong)、旋轉超(chao)(chao)聲換(huan)(huan)能(neng)器(qi)(qi)(qi)(qi)和移(yi)(yi)動(dong)、旋轉激(ji)光(guang)(guang)的效果相同。

　　實驗結果(guo)：應用(yong)上述實驗裝(zhuang)置對110kHz(DYW-110-30A)的(de)超(chao)聲換能(neng)器進行聲場重建(jian)。對一個周期內的(de)6個時(shi)刻，分別為0T，0.2T，0.4T，0.6T，0.8T和(he)1.0T，使用(yong)光學偏(pian)轉法分別得到聲場聲壓值(zhi)與聲壓法向(xiang)梯度值(zhi)。重建(jian)得到的(de)聲場圖像如圖1,2所示(shi)。

　　觀察圖(tu)1可以(yi)看出(chu)，重(zhong)建(jian)聲(sheng)(sheng)(sheng)場在邊(bian)緣(yuan)處趨近(jin)于(yu)0，這(zhe)是由于(yu)換能器(qi)指向(xiang)性強(qiang)，在邊(bian)緣(yuan)處聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)值較低(di)。通(tong)過(guo)分(fen)析聲(sheng)(sheng)(sheng)場重(zhong)建(jian)圖(tu)像可得，聲(sheng)(sheng)(sheng)波中心位置呈現隨著時間向(xiang)四周擴(kuo)散(san)的中心輻射狀(zhuang)，且0T時刻與1T時刻的聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)場、聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)梯度場一致，證明可以(yi)清(qing)晰得到不同時刻的瞬時聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)與聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)梯度。實際上(shang)該方(fang)法能夠獲得更高時間分(fen)辨率的傳播(bo)過(guo)程，其上(shang)限取(qu)決(jue)于(yu)PSD的響應速度（一般為10ns左右(you)），能夠實現高采樣率的聲(sheng)(sheng)(sheng)場重(zhong)建(jian)。

　　Aigtek安泰功率放(fang)大(da)器在本(ben)次實驗(yan)中(zhong)發(fa)揮的作用：將脈沖(chong)信號放(fang)大(da)200倍

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